[发明专利]电源电缆的绝缘成分

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电源电缆的绝缘成分，此成分包含可交联的乙烯聚合物。本发明还涉及一种电源电缆，此电缆包括被内半导体层、绝缘层和外半导体层包裹的导体。

背景技术

用于中压(6-69kV)和高压(＞69kV)的电源电缆一般包括由绝缘材料包裹的一个或多个金属导体，此绝缘材料例如为乙烯聚合物等聚合物材料。在电源电缆中，电导体通常首先被涂敷内半导体层，随后涂敷绝缘层、外半导体层以及防水层，并且如果需要在外侧涂敷护套层。电缆的所述层基于通常为交联的乙烯聚合物的不同类型。

上述类型的电源电缆一般按以下方法制造：

用三头挤压机把三层，即一个内半导体层、一个绝缘层和一个外半导体层，挤压到导体上。在此结构中，绝缘层嵌入到半导体层之间，就象三明治结构一样。绝缘层本身一般是一个单层。各层的厚度取决于电缆暴露的梯度和额定值。MV/HV(中压和高压)结构的厚度典型值如下：半导体层各约为0.5-2mm并且绝缘层约为3-30mm。

这三层一般在低温(低于135℃)下挤压到导体上，以便防止在挤压工艺过程中发生交联反应。在挤压步骤之后，此结构在升高温下在增压的硫化管中交联。

LDPE(低密度聚乙烯)，即在高压下通过游离基聚合而制备并在电缆挤压时通过添加过氧化物而交联的聚乙烯，目前是占主流的电缆绝缘材料。游离基聚合产生具有相对较宽分子量分布(MWD)的长链支化聚合物。这又获得它们应用于电源电缆绝缘材料所需的流变性质。

对LDPE的限制在于LDPE是通过游离基聚合制备的事实。乙烯的游离基聚合在高达约300℃的高温和约100-300Mpa的高压下进行。为产生高压所需的能耗，需要使用压缩机。对于必须能耐高压和能承受游离基引发的高压聚合的温度的聚合装置，还需要可观的投资成本。

对于用于电源电缆的绝缘成分，从技术和经济的观点出发，希望有可能制造具有有利的LDPE性质的乙烯聚合物，但此乙烯聚合物不是通过游离基聚合制造的。这意味着不但可在采用高压乙烯聚合的工厂里实现电缆的绝缘，而且也可在许多现有的采用低压乙烯聚合的工厂里实现电缆的绝缘。为了满意地替代LDPE，此种低压材料必须满足绝缘材料的一些要求，如良好的加工性能、高介电强度和良好的交联性质。但结果是由于各种原因，现有的低压材料不适于替代LDPE作为电缆绝缘材料。

因而，在低压下通过与Ziegler-Natta型配位催化剂进行聚合而制造的常规高密度聚乙烯(HDPE)具有约130-135℃的熔点。当HDPE在挤压机中进行处理时，温度应该高于约为130-135℃的熔点以获得良好的处理。此温度比用于绝缘乙烯聚合物成分交联的过氧化物的分解温度高。最常使用的交联过氧化物，如过氧化二枯基，在约135℃温度开始分解。因此，当HDPE在挤压机中在高于其熔点温度下进行处理时，交联的过氧化物分解并过早地交联聚合物成分，此现象称作“过早硫化”。另一方面，如果温度保持为低于过氧化物的分解温度，那么HDPE不会完全熔化，导致不满意的处理。

进而，因为其较差的加工性能，在低压下通过与配位催化剂聚合而制造的乙烯共聚物如线型低密度聚乙烯(LLDPE)是不适用的。通过分两步或更多步骤聚合LLDPE(双态或多态ILDPE)可以提高其加工性能，但此LLDPE包含高熔化的HDPE部分或成分，尤其在与常规Ziegler-Natta催化剂一起进行聚合时更是如此，这使得LLDPE因与常规HDPE同样的原因而不适合使用。

在这方面，WO 93/04486公开了一种具有导电部件的导电装置，此导电部件包括至少一个电绝缘部件。此绝缘部件包含的乙烯共聚物密度为0.86-0.96g/cm³，熔化指数为0.2-100dg/min，分子量分布为1.5-30并且成分分布幅度指数(CDBI)大于45％。与多态相反，此参考的共聚物是单态的。

WO 97/50093公开了一种包含绝缘层的抗支化电缆，此绝缘层进一步包含乙烯的多态共聚物，所述共聚物用TREF测量具有较宽的共聚单体分布，并具有低的WTGR值以及规定的MFR和密度值。而且描述了低耗散因数。此文没讨论交联过氧化物过早分解的问题。

EP-A-743161公开了一种用于在导电介质上共同挤压绝缘层和套层的工艺。此绝缘层是基于茂金属的聚乙烯，此聚乙烯具有较窄的分子量分布和较窄的共聚单体分布。此文进一步揭示，窄分子量聚合物的低温挤压有可能导致熔体流的不规则性(所谓的熔体部分)。此问题可通过在导体上同时挤压绝缘层和套层而克服。